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公開番号2025135368
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-18
出願番号2024033175
出願日2024-03-05
発明の名称導電性結着層形成用組成物
出願人日産化学株式会社
代理人弁理士法人英明国際特許事務所
主分類H01B 1/24 20060101AFI20250910BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】導電性結着層の形成に好適に使用し得、特にエネルギー貯蔵デバイスにおいて、集電基板と電極合材層との間の接触抵抗を低減させるとともに、両者の密着性を向上させることができ、さらには低温プレス条件において乾式電極を形成可能な導電性結着層を与え得る導電性結着層形成用組成物を提供する。
【解決手段】電子顕微鏡により測定される平均一次粒子径が40nm以下であり、窒素吸着法により測定される比表面積が100～1,000m²/gであり、DBP吸油量が30～150ml/100gであるカーボンブラックと、オレフィン-不飽和カルボン酸共重合体のアミン塩またはアンモニウム塩からなる共重合体粒子と、水を含む溶媒とを含む導電性結着層形成用組成物。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
電子顕微鏡により測定される平均一次粒子径が４０ｎｍ以下であり、窒素吸着法により測定される比表面積が１００～１，０００ｍ
2
／ｇであり、ＤＢＰ吸油量が３０～１５０ｍｌ／１００ｇであるカーボンブラックと、
オレフィン－不飽和カルボン酸共重合体のアミン塩またはアンモニウム塩からなる共重合体粒子と、
水を含む溶媒と
を含む導電性結着層形成用組成物。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
さらに、オキサゾリン基含有ポリマーを含む請求項１記載の導電性結着層形成用組成物。
【請求項３】
上記カーボンブラックの平均一次粒子径が、２０ｎｍ以下である請求項１記載の導電性結着層形成用組成物。
【請求項４】
上記オレフィン－不飽和カルボン酸共重合体のアミン塩またはアンモニウム塩が、エチレン－（メタ）アクリル酸共重合体のアミン塩またはアンモニウム塩である請求項１記載の導電性結着層形成用組成物。
【請求項５】
上記オレフィン－不飽和カルボン酸共重合体のアミン塩が、３級アミン塩である請求項１記載の導電性結着層形成用組成物。
【請求項６】
上記共重合体粒子のコールカウンター法により測定される平均粒子径が、１００ｎｍ以下である請求項１記載の導電性結着層形成用組成物。
【請求項７】
上記カーボンブラックの含有量が、固形分中１０質量％超～７０質量％である請求項１記載の導電性結着層形成用組成物。
【請求項８】
溶媒が、さらにアルコールを溶媒中１０質量％以上含む請求項１記載の導電性結着層形成用組成物。
【請求項９】
粘度が１～２０ｍＰａ・ｓである請求項１記載の導電性結着層形成用組成物。
【請求項１０】
エネルギー貯蔵デバイス用である請求項１記載の導電性結着層形成用組成物。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性結着層形成用組成物に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
スマートフォン、デジタルカメラ、携帯ゲーム機等の携帯電子機器の小型軽量化や高機能化の要求に伴い、近年、高性能電池の開発が積極的に進められており、充電により繰り返し使用できる二次電池の需要が大きく伸びている。中でも、リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度、高電圧を有し、また充放電時におけるメモリー効果が無いこと等から、現在最も精力的に開発が進められている二次電池である。また、近年の環境問題への取り組みから、電気自動車の開発も活発に進められており、その動力源としての二次電池には、より高い性能が求められるようになってきている。
【０００３】
ところで、リチウムイオン二次電池は、リチウムを吸蔵、放出できる正極と負極と、これらの間に介在するセパレータを容器内に収容し、その中に電解液（リチウムイオンポリマー二次電池の場合は液状電解液の代わりにゲル状の電解質）を満たした構造を有する。
【０００４】
正極および負極は、一般的に、リチウムを吸蔵、放出できる活物質と、主に炭素材料からなる導電材、さらにポリマーバインダーおよび溶媒を含む組成物を、銅箔やアルミニウム箔等の集電基板上に湿式塗布した後に、オーブン等の乾燥機中で乾燥することで製造される。このバインダーは、活物質と導電材、さらにこれらと金属箔を接着するために用いられ、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）に可溶なフッ素系樹脂や、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）の水分散液、水溶性のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等が市販されている。
【０００５】
しかし、上述したバインダーの集電基板に対する接着力は十分とは言えず、電極の裁断工程や巻回工程等の製造工程時に、活物質や導電材の一部が集電基板から剥離、脱落し、微小短絡や電池容量のばらつきを生じる原因となる。さらに、長期間の使用により、電解液によるバインダーの膨潤や、活物質のリチウム吸蔵、放出による体積変化に伴う電極合材の体積変化により、電極合材と集電基板間の接触抵抗が増大したり、活物質や導電材の一部が集電基板から剥離、脱落したりすることによる電池容量の劣化が起こるという問題や、安全性の点で問題もある。
【０００６】
また、上述した湿式法による正極および負極（以下正極と負極を合わせて電極と称する）の製造法においては、電極スラリー塗布後の乾燥工程において、ＮＭＰ等の有害な有機溶媒を大気放出する場合があること、多量の熱エネルギーを使用すること、一連のロールトゥロールによる電極製造工程の中で多大な比率でタクトタイムおよび装置費用を必要とすることから、電極スラリー溶媒留去のための乾燥工程を含まない電極の作製法が注目されている。本方法によって作製される電極は乾式電極と言われ、湿式法によって作製される電極合材層材料とは異なる材料や組成が用いられる場合がある。
【０００７】
しかし、乾式電極においてもバインダーの集電基板に対する接着力は十分と言えず、接着力を高めるために電極合材中のバインダー比率を高めたり、乾式電極作製の際によく用いられるプレス工程を高温で行ったりする必要があった。それによって活物質の比率が低下して電極の容量およびエネルギー密度が低下したり、エネルギー消費の点で湿式法と同様の問題が発生したりする問題があった。
【０００８】
上記課題を解決する試みとして、集電基板と電極合材層との間の密着性を高め、接触抵抗を低下させることで電池を低抵抗化する技術として、集電基板と電極合材層との間に導電性のアンダーコート層を介在させる方法が開発されている。例えば、特許文献１では、炭素を導電性フィラーとする導電層をアンダーコート層として、集電基板と電極合材層との間に配設する技術が開示されている。アンダーコート層を備えた複合集電体を用いることで、集電基板と電極合材層の間の接触抵抗を低減でき、かつ、高速放電時の容量減少も抑制でき、さらに電池の劣化をも抑制できることが示されている。また、特許文献２や特許文献３でも同様の技術が開示されている。特許文献４や特許文献５では、カーボンナノチューブを導電性フィラーとしたアンダーコート層が開示されている。
【０００９】
しかし、これら各特許文献で開示されているアンダーコート層は、アンダーコート層上に、スラリー状の電極合材層形成用組成物を塗布し、乾燥して電極合材層を形成する湿式法には好適に適用できる一方、電極合材層形成用組成物を一旦シート状に成形し、これをアンダーコート層上に加熱圧着等によって積層する方法や、基材上に形成した電極合材層上にアンダーコート層を形成し、さらにその上に集電基板を積層した後、基材を剥離する電極合材層の転写を伴う方法等の乾式法では、密着力が不足したり、転写が困難であったりする等の問題がある。特にロールプレス法により加熱圧着をした場合においては、特に低温でのプレス条件によって、アンダーコート層と集電基板との界面で剥離したり、電極合材層が破断したりすることがあり、エネルギー貯蔵デバイスの性能向上だけでなく、その良品率の向上やエネルギー消費量の低減も求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開平９－０９７６２５号公報
特開２０００－０１１９９１号公報
特許第４３３０８４１号公報
特許第５０３８７５１号公報
国際公開第２０１４／０４２０８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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